Question

2．蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實(shí)驗(yàn)步驟如圖所示：

（1）蛇紋石礦加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的金屬離子是Fe³⁺、Al³⁺（填離子符號(hào)）．
（2）進(jìn)行Ⅰ操作時(shí)，控制溶液的pH=7-8（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見下表）Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量可能會(huì)導(dǎo)致Al（OH）₃（填化學(xué)式，下同）溶解、，Mg（OH）₂沉淀．

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.3	3.3	9.4

（3）從沉淀混合物A中提取紅色氧化物作顏料，先向沉淀物A中加入NaOH或Ca（OH）₂ 溶液，然后過濾、洗滌、灼燒 （依次填寫實(shí)驗(yàn)操作名稱）．
（4）物質(zhì)循環(huán)使用，能節(jié)約資源．上述實(shí)驗(yàn)中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是CaCO₃或CO₂．
（5）現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，確定產(chǎn)品aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O中a、b、c的值，請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟（可用試劑：濃硫酸、堿石灰）：
Ⅰ．①稱量樣品，②高溫分解，③用濃硫酸吸收水蒸氣，④稱量堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量，⑤稱出MgO．
Ⅱ.18.2g產(chǎn)品完全分解后，產(chǎn)生6.6gCO₂和8.0gMgO，由此可知，產(chǎn)品的化學(xué)式中：a=3，b=1，c=3．

Answer 1

分析 蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，酸溶過濾得到濾液中為Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氫氧化鈣沉淀得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀A，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀B和碳酸氫鈣，加入氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣循環(huán)利用，溶液中得到碳酸氫鎂溶液，熱解得到堿式碳酸鎂．
（1）蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加鹽酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解；
（2）當(dāng)氫氧化鈣過量時(shí)，溶液堿性增強(qiáng)，Al（OH）₃會(huì)溶解，從氫氧化物沉淀的pH表中可看出，Mg（OH）₂在pH為9.4時(shí)開始沉淀，所以堿性增強(qiáng)Mg（OH）₂會(huì)沉淀；
（3）紅色氧化物為Fe₂O₃，應(yīng)先將其中含有的少量Al（OH）₃除去，除去Al（OH）₃的方法是利用它能溶于強(qiáng)堿的性質(zhì)；
（4）此過程中CO₂是可以重復(fù)使用的；
（5）Ⅰ．利用濃硫酸的吸水性干燥，再稱量堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量；
Ⅱ．確定產(chǎn)品aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O中a、b、c的值，需要測定的數(shù)據(jù)是①樣品質(zhì)量；②MgO質(zhì)量；③生成CO₂的質(zhì)量（或體積）；④生成水的質(zhì)量．

解答 解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，以沉淀的形式除去．故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此時(shí)溶液中除了Mg²⁺外，還含有Fe³⁺、Al³⁺雜質(zhì)，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能損失Mg²⁺，因Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，利用平衡移動(dòng)的原理，消耗H⁺使上述水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，除去Fe³⁺、Al³⁺，加Ca（OH）₂需將溶液的pH控制在7～8，若pH過高，會(huì)導(dǎo)致生成的Al（OH）₃發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Mg（OH）₂在pH為9.4時(shí)開始沉淀，所以堿性增強(qiáng)Mg（OH）₂會(huì)沉淀，同時(shí)Mg²⁺也因轉(zhuǎn)化為沉淀而損失．
故答案為：Al（OH）₃　Mg（OH）₂；
（3）從實(shí)驗(yàn)步驟圖知：沉淀混合物為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，紅色氧化物是沉淀物Fe（OH）₃分解后得到的Fe₂O₃，所以得先加堿把Al（OH）₃除掉，反應(yīng)為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過濾洗滌灼燒即可；
故答案為：NaOH或Ca（OH）₂　過濾、洗滌、灼燒；
（4）從實(shí)驗(yàn)步驟圖知：上述實(shí)驗(yàn)中，步驟Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸鈣，碳酸鈣分解可得到二氧化碳，作為第Ⅱ步的原料，堿式碳酸鎂分解得到CO₂，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是CaCO₃或CO₂．
故答案為：CaCO₃或CO₂；
（5）Ⅰ．利用濃硫酸的吸水性干燥，③實(shí)驗(yàn)步驟為用濃硫酸吸收水蒸氣，
利用堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量差求二氧化碳質(zhì)量，④實(shí)驗(yàn)步驟為稱量堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量，
故答案為：用濃硫酸吸收水蒸氣；稱量堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量；
Ⅱ．m（樣品）=18.2g，m（CO₂）=6.6g，m（MgO）=8.0g，堿式碳酸鎂分解：aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$（a+b）MgO+aCO₂↑+（b+c）H₂O↑，根據(jù)質(zhì)量守恒得：m（H₂O）=18.2g-6.6g-8.0g=3.6g，則m（MgO）═0.2mol，n（CO₂）═0.15mol，n（H₂O）═0.2mol，得：a：b：c=0.15：0.05：0.15=3：1：3，
故答案為：3；1；3．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時(shí)不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)．